Chuyên đề HÓA HỌC-XỬ LÝ NOx

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NOX Phan Nhân Thân Thái Thị Thủy Giới thiệu chung NOx NOx tên gọi chung oxyde nitơ gồm chất NO, NO2 N2O, N2O3, N2O4, N2O5 1.1 Nitơ IV Oxit – NO2 1.1.2 Nitrơ Oxit – N2O 1.1.3 Nitơ monoxit  –NO Nguồn gốc phát sinh NOx ảnh hưởng  2.1 Nguồn gốc 2.1.1 Nguồn gốc tự nhiên Oxit nitric tạo giơng có sét N2 + O2 → 2NO (tia lửa điện) 2NO + O2 → 2NO2 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO 2.1.2 Nguồn gốc sinh học 2.1.3 Các nguồn công nghiệp  NOx nhiệt Được hình thành đốt cháy hỗn hợp oxi nitơ khoảng 1600oC.Cơ chế hình thành NOx nhiệt với phản ứng xảy sau: N2 +O.→ NO + N (1) NO + N.→ N2 + O (2) NO + O → N +O2 (3) N + O2→ NO + O (4) N + OH→ NO+H (5) NO+H.→ N +OH (6)  NOx nhiên liệu HCN + O.→ H + NCO HCN + O.→OH.+ CN HCN + O.→NH +CO Gốc CN tạo NCO phản ứng CN +O2→NCO +O CN +OH.→NCO.+H Trong môi trường oxi hóa NCO tạo NO CO NCO +OH.→NO+CO+H NCO.+O →NO+CO  NOx sớm NOx-sớm tạo thành phản ứng nito khơng khí với gốc hydrocacbon,CHi (i=0-2) sinh từ nhiên liệu môi trường oxi N2+CH.→HCN +N Trong mơi trường oxi hóa HCN tiếp tục phản ứng chế tạo thành NOx nhiên liệu Cơ chế trình tạo thành NOx sớm xảy nhiệt độ thấp để hạn chế tạo thành NOx sớm người ta tăng tốc độ nạp hỗn hợp nhiên liệu –khơng khí 2.2 Ảnh hưởng NOx Tổng quan phương pháp xử lý Nox 3.1 Phương pháp hấp phụ   Vật liệu làm chất hấp phụ: vật liệu xốp với bề mặt bên lớn, tạo thành tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên Chất hấp phụ:  Hiệu hấp phụ:  NOx hấp phụ mạnh than hoạt tính.Tuy nhiên tiếp xúc với oxit nitơ than cháy nổ.Ngồi ra, than có độ bền học thấp phục hồi chuyển NOx thành NO  Khả hấp phụ NOx silicagel thấp than hoạt tính bền học, khơng cháy, giống than hoạt tính tái sinh chuyển NOx thành NO  Nhơm hoạt tính hấp phụ NOx với hiệu suất không cao độ bền học 3.2 Phương pháp hấp thụ 3.2.1 Hấp thụ nước Khi hấp thụ NO2 nước phần axit nitric sinh pha khí: 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO + Q Để xử lý oxit nitơ sử dụng dung dịch oxi già loãng NO + H2O2 = NO2 + H2O NO2 + H2O = 2HNO3 +NO N2O3 + H2O2 N2O4 + H2O N2O4 + H2O HNO3 + HNO2 Yếu tố xác định kinh tế trình lưu lượng oxi già (vào khoảng 6kg/tấn axit) Để thúc đẩy q trình dùng chất xúc tác.Hiệu xử lý đạt 97% 3.2.2 Hấp thụ kiềm Người ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm muối khác Hấp thụ hóa học NO2 dung dịch Soda diễn theo phương trình phản ứng sau: 2NO2 + Na2CO3 = NaNO3 +CO2 + Q 3.2.3 Hấp thụ chọn lọc Để hấp thụ NO khơng có O2 pha khí, sử dụng dung dịch FeSO4, FeCl2, Na2S2O2, NaHCO3 Phương trình phản ứng tạo thành phức sau: FeSO4 +NO Fe(NO)SO4 FeCl2 + NO Fe(NO)Cl2 2Na2S2O3 + 6NO = 3N2 + 2na2So4 + 2SO2 2NaHSO3 + 2NO = N2 + 2NaHSO4 2(NH2)2CO + 6NO = 5N2 + 4H2O + 2CO2 3.2.4 Phương pháp hấp thụ đồng thời SO2 NOx Khí thải chứa SO2 NOx sinh đốt nhiên liệu có lưu huỳnh Xử lý đồng thời SO2 NOx tiến hành dung dịch kiềm Hiệu xử lý SO2 thường khoảng 90%, NOx 70 – 90% 3.3 Xử lý NOX phương pháp xúc tác nhiệt Bản chất trình xúc tác để làm khí thực tương tác hóa học nhằm chuyển hóa chất độc thành sản phẩm khác với có mặt chất xúc tác đặc biệt 3.3.1 Khử oxit nitơ có xúc tác nhiệt độ cao Quá trình diễn tiếp xúc NOx với khí khử bề mặt xúc tác Chất khử metan, khí tự nhiên, khí than khí dầu mỏ, CO, H2 hỗn hợp nitơ-hydro Hiệu khử NOx phụ thuộc hoạt tính xúc tác Xúc tác sở platin kim loại vận tốc thể tích khí (212)x104 l/h cho phép đạt nồng độ lại khí NOx 5x10-4 – 5x10-2 % thể tích  Bản chất q trình khử biểu diễn phản ứng sau: 4NO + CH4 → 2N2 + CO2 + 2H2O 2NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2H2O 2NO + 2CO → N2 + 2CO2 2NO2 + 4CO → N2 +4CO2 Trên thực tế thường sử dụng khí tự nhiên dễ kiếm rẻ Phương pháp ứng dụng để khử NOx sản xuất axit nitric, khí thỉ chứa (% thể tích): NOx – 0,05÷0,1, N2 – 96,0÷96,2, O2 – 2,2÷3,0 3.3.2 Khử NOx với xúc tác chọn lọc  Quá trình diễn phản ứng tỏa nhiệt sau: 6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 → 7N2 +12H2O 8NO +2NH3 → 5N2O + 3H2O 5NO2 + 2NH3 → 7NO + 3H2O 4NO + 4NH3 +O2 → 4N2 + 6H2O 4NH3 + 3O2 → 2N2 + H2O Quá trình yêu cầu thiết bị đơn giản, hiệu suất xử lý cao áp dụng vào thực tiễn 3.3.3 Phân hủy NOx chất khử dị thể Ở nhiệt độ 500 – 1.300oC phân hủy NOx diễn vật liệu rắn có chứa cacbon than, than cốc, grafit Các bon đóng vai trò xúc tác nhiên liệu C +NO → (C – 0) + 0,5N2 (C – O) + NO → CO2 +0,5N2 Ở nhiệt độ 800oC độ chuyển hóa NOX dùng than cốc 96% 1000oC tiến đến gần 100% 3.3.4 Phân hủy NOx chất khử đồng thể dị thể khơng có xúc tác Ở nhiệt độ 30 – 40oC diễn phản ứng tỏa nhiệt sau: NH3 + H2O NH4OH 2NO2 + 2NH4OH → NH4NO2 + NH4NO3 + H2O N2O3 + 2NH4OH → 2NH4NO2 + H2O Sự đun nóng dòng khí dẫn đến phân hủy acrosol nitric nitrat tạo thành sản phẩm không độc NH4NO2 → N2 + 2H2O NH4NO3 → N2 + 2H2O +1/2 O2  Sử dụng cacbanic dạng dung dịch với nước axit HNO3, H2PO4, H3PO4 làm giảm nhiệt độ phân hủy Tuy nhiên, vận tốc không lớn hiệu làm không 80%  Sử dụng dung dịch nước – cacbanic: NO2 + H2O → HNO3 +HNO2 2HNO2 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 3H2O N2O3 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 2H2O  Sử dụng dung dịch axit nitric – cacbanit NO + NO2 + HNO3 + 2CO(NH2)2 → 2N2 + NH4NO3 + 2CO + H2O Cacbanit dùng dạng bột hạt, phủ lên chất mang xốp hay ép với nó.Hiệu xử lý NO x đạt 85 – 99% lớn 3.4 công nghệ xử lý NOx SCR với SNCR   Nguyên lý   SNCR SCR Là công nghệ xử lý NOx Là công nghệ xử lý NOx sau khi cháy cháy Đều khử NOx hợp chất mà nito mang hóa trị âm ammoniac, đạm ure,… • • Cơ chế ứng   phản • • • Lợi dụng nhiệt độ cao • khí thải nhiệt độ lò đốt để khử NOx Nhiệt độ phản ứng >8000C • Sử dụng chất xúc tác để giảm nhiệt độ phản ứng khử NOx N2 Khi có mặt chất xúc tác, nhiệt độ phản ứng xảy khoảng 180 – 450 độ C nhiệt độ > 800-9800C, cho • dd ure vào hỗn hợp khí thải có pt pư: NO + NO2 + (NH2)2CO → 2N2 Trong q trình khói thải di chuyển bề mặt qua lỗ xốp vật mang chất xúc tác, NOx bị khử amoniac ure Các chất xúc tác thường sử dụng là: V2O5, zeolit mang kim loại, TiO2, hỗn hợp oxit kim loại chuyển tiếp… + CO2 + 2H2O (NH2)2CO + H2O → 2NH3 + • CO2   6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 2H2O NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O Đặc điểm   Chi phí đầu tư vận hành thấp • hiệu lại khơng cao • • • Không phát sinh sp phụ cần phải xử lý Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt Chi phí thấp Khử 80% NOx với tỷ lệ NH3/NOx 0,81 – 0,82   Quy trình • • • • B1: Khử NOx nhiệt độ cao B2: Trao đổi nhiệt B3: Tách bụi thô B4: XL cuối để tách nốt bụi nhỏ khí độc khác • • • •   B1: Trao đổi ổn định nhiệt B2: Trộn khí B3: Oxi hóa khử có xúc tác tháp xúc tác có chọn lọc B4: điều hòa thải 3.5 Sơ đồ công nghệ SCR SNCR 3.5.1 Sơ đồ công nghệ SNCR 3.5.2 Sơ đồ công nghệ SCR ... đồng thời SO2 NOx Khí thải chứa SO2 NOx sinh đốt nhiên liệu có lưu huỳnh Xử lý đồng thời SO2 NOx tiến hành dung dịch kiềm Hiệu xử lý SO2 thường khoảng 90%, NOx 70 – 90% 3.3 Xử lý NOX phương pháp... ép với nó.Hiệu xử lý NO x đạt 85 – 99% lớn 3.4 công nghệ xử lý NOx SCR với SNCR   Nguyên lý   SNCR SCR Là công nghệ xử lý NOx Là công nghệ xử lý NOx sau khi cháy cháy Đều khử NOx hợp chất mà... thành NOx nhiên liệu Cơ chế trình tạo thành NOx sớm xảy nhiệt độ thấp để hạn chế tạo thành NOx sớm người ta tăng tốc độ nạp hỗn hợp nhiên liệu –khơng khí 2.2 Ảnh hưởng NOx Tổng quan phương pháp xử